專利名稱：鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的測量裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于超聲波探傷檢測技術(shù)領域，涉及一種鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的測量裝置。
背景技術(shù)：
鍋爐受熱面管由外壁氧化及腐蝕產(chǎn)物層、金屬厚度層和內(nèi)壁氧化物層三層構(gòu)成。常規(guī)超聲波測厚裝置檢測管壁的厚度時，無法分別測量出氧化層厚度和金屬管壁厚度，其測得的厚度值是金屬層厚度與氧化層厚度之和。采用常規(guī)超聲波測量儀器(如A型超聲波探傷儀)對鍋爐受熱面管壁進行測厚時，在管壁金屬與內(nèi)壁氧化層接合緊密情況下，超聲波探頭發(fā)出的超聲聲束垂直入射到金屬/內(nèi)壁氧化層界面時，由于界面兩側(cè)介質(zhì)聲阻抗相差較小，在界面上有96%聲波透射，只有4%的聲波反射。內(nèi)壁氧化層/空氣界面的回波遠高于金屬/氧化物界面的回波。金屬/內(nèi)壁氧化層界面回波低，普通測厚儀不能接收電路信號，測厚儀只能檢測到氧化層與空氣界面反射信號。因此，超聲測厚儀或普通A型超聲波探傷儀顯示的厚度值是金屬層與氧化腐蝕層的厚度之和，而非管壁剩余的金屬厚度。常規(guī)測厚儀的頻帶寬度低，脈沖峰較寬，設備只對低頻窄頻帶信號進行非失真激發(fā)和接收放大，分辨力低，不能滿足氧化層厚度測量要求。對設備強度起作用的是金屬層厚度，上述測量值會造成強度核算及壽命計算的嚴重誤差，影響鍋爐設備的正常運行。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的測量裝置，以清晰分辨氧化層/基體界面的反射信號，精確測量鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度，為生產(chǎn)運行和設備維護提供準確的數(shù)據(jù)。本實用新型一種鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的測量的裝置，由高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元、寬頻帶示波器和高頻橫波直探頭組成。高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元分別與寬頻帶示波器和高頻橫波直探頭電路連接。高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元的頻帶寬度為200MHZ。寬頻帶示波器的頻帶寬度為200MHZ，采樣速率為1GS/S，時間測量精度±2ns。高頻橫波直探頭的中心頻率為20MHz，半高峰頻譜寬度為12.6 31.1MHz0高頻橫波直探頭設有小晶片和透聲楔。高頻橫波直探頭用于檢測工件時激勵和接收在工件中傳播超聲波。寬頻帶高信噪t匕、高增益的高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元負責激勵高頻橫波直探頭，使之產(chǎn)生高頻、窄脈沖橫波超聲波信號，同時接收探頭的反饋信號。高采樣率的寬頻帶示波器負責顯示超聲波信號，分辨出氧化層/金屬基體界面的反射信號，并能提取不同反射波之間的時間間隔。本實用新型鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的測量裝置通過采用高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元，保證了高頻信號采集的非失真、高信噪比、高增益和對微弱的氧化層/基體界面反射信號的接收。選用寬頻帶示波器，采樣速率高，保證了高頻波形的非失真顯示，時間測量精度達±2ns。采用高頻橫波直探頭提高了信號的分辨率。高頻橫波直探頭配有小晶片及透聲楔，解決管子曲率大、幾何散射大及避開超聲波近場區(qū)干擾問題。本實用新型能清晰地分辨氧化層/基體界面反射信號，精確測量鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度，實現(xiàn)鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的同步檢測、檢測精確度高，操作簡單方便，為生產(chǎn)運行和設備維護提供準確的數(shù)據(jù)。

圖1為本實用新型鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度測量裝置的示意圖；圖2為超聲波于管壁中傳播聲程示意圖；圖3為示波器顯示的超聲回波信號及其時間間隔示意圖。其中I一聞頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單兀、2—寬頻帶不波器、3 —聞頻橫波直探頭、4一受:熱面管、11 一透聲模、12—探頭晶片、13一金屬層、14一氧化層、bll—內(nèi)壁氧化層/金屬基體界面一次反射波信號、bl2—內(nèi)壁氧化層/金屬基體界面二次反射波信號、Bll—Bll為內(nèi)壁氧化層/空氣界面一次反射波信號、B12—B12為內(nèi)壁氧化層/空氣界面二次反射波信號、Tl一探頭/受熱面管外壁界面層反射波信號。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明。本實用新型鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的測量的裝置，如圖1所示，由高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元1、寬頻帶示波器2和高頻橫波直探頭3組成，高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元分別與寬頻帶示波器和高頻橫波直探頭電路連接。高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元I的頻帶寬度為200MHZ。寬頻帶示波器2的頻帶寬度為200MHZ，采樣速率為1GS/S，時間測量精度為±2ns。高頻橫波直探頭3設有小晶片和透聲楔，高頻橫波直探頭的中心頻率為20MHz，半高峰頻譜寬度為12.6 31.1MHz0本實用新型鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度測量裝置的檢測過程如圖1所示，打磨被測的受熱面管4表面，涂上耦合劑，將超聲波探頭耦合置于受熱面管上，采用高頻超聲波脈沖發(fā)生/接受單元激勵高頻橫波直探頭3，使之在工件中產(chǎn)生超聲波，并同時接收來自探頭的反射信號。寬頻帶示波器2顯示高頻超聲波脈沖發(fā)生/接受單元發(fā)射與接收到的超聲波信號。超聲波在管壁中按圖2所示的路徑進行傳播。調(diào)整示波器系統(tǒng)的時基比例與增益，顯示圖2中所示的各超聲波信號，獲得信號如圖3所示。管壁金屬層厚度S1和管內(nèi)壁氧化層層的厚度S2由以下算式(I)和算式(2 )計算得到。S1 = Ct \ J2(I)其中:S1:管壁金屬層厚度；Ct:超聲波于鋼基體中的傳播速度；tl:內(nèi)壁氧化層/空氣界面一次反射波與內(nèi)壁氧化層/金屬界面的二次反射波等相位點的時間間隔。 S2 = Ct' t2/2(2)其中:[0023]S2:管內(nèi)壁氧化層層的厚度；Ct':超聲波于氧化層中的傳播速度；t2: 一內(nèi)壁氧化層/空氣界面一次反射波與氧化層/金屬界面的一次反射波等相位點的時間間隔。
權(quán)利要求1.一種鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的測量裝置，其特征是:所述裝置由高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元(I)、寬頻帶示波器(2)和高頻橫波直探頭(3)組成，所述高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元分別與寬頻帶示波器和高頻橫波直探頭電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的測量裝置，其特征是:所述高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元(I)的頻帶寬度為200MHZ ;所述寬頻帶示波器(2)的頻帶寬度為200MHZ，采樣速率為1GS/S，時間測量精度為±2ns ;所述高頻橫波直探頭(3)的中心頻率為20MHz，半高峰頻譜寬度為12.6 31.1MHz0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的測量裝置，其特征是:所述高頻橫波直探頭(3)設有小晶片和透聲楔。
專利摘要本實用新型涉及一種鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度的測量裝置，由高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元、寬頻帶示波器和高頻橫波直探頭組成。高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元分別與寬頻帶示波器和高頻橫波直探頭電路連接。高頻橫波直探頭檢測工件時激勵和接收工件中傳播的超聲波。高頻超聲波脈沖發(fā)生/接收單元負責激勵探頭，產(chǎn)生高頻、窄脈沖橫波超聲波信號，同時接收探頭的反饋信號。寬頻帶示波器顯示超聲波信號，分辨出氧化層/金屬基體界面的反射信號，提取不同反射波之間的時間間隔。本實用新型清晰地分辨氧化層/金屬基體界面反射信號，精確測量鍋爐受熱面管管壁金屬層和氧化層厚度，檢測精確度高，操作簡單方便，為生產(chǎn)運行和設備維護提供準確的數(shù)據(jù)。
文檔編號G01B17/02GK202947698SQ20122061202
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者郝曉軍, 牛曉光, 趙紀峰, 代小號 申請人:河北省電力公司電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司, 河北省電力建設調(diào)整試驗所